분별증류법의 개념과 원리

소개글

분별증류가 어떻게 이루어지는지에 대한 설명과 그에 수반되는 물리화학적 식인 라울의 법칙을 이용하여 원리를 설명하고 혼합용액이 분별되는 과정을 Azeotrope(불변끓음혼합물)을 이용하여 이해를 도왔다.

목차

1. 분별증류 실험시 필요한 실험 기기의 설명
2. 증기-액체 상평형 그래프를 통해 분별증류 원리 설명
3. Raoult’s Law(라울의 법칙) 설명
4. Azeotropes를 이용하여 실제 혼합용액이 분별되어 나오는 과정을 설명

본문내용

1. Fractional Distillation
정의 : boiling point가 다른 두 개 이상의 액체 상의 혼합물을 가열하여 boiling point 가
낮은 액체가 기체 속에 더 많이 포함되어 있음을 이용하여 분리하는 방법
ex) benzene (80℃) 과 toluene (110℃)
① column 내 혼합용액의 vaporization 과
condensation cycle 이 반복적으로 일어남
② 1st fraction : b·p가 낮은 benzene 이
receiving flask로 이동
③ 2nd fraction : benzene 과 toluene 이 섞인상
태로 존재
④ 3rd fraction : 온도가 110 ℃ 에 이르렀을
때 순수한 toluene이 receiving
flask로 이동
2. Vapor- Liquid composition Diagrams
Diagram of Ideal solution
Fractional Distillation 을 위한 Ideal solution 의 조건
두 액체는 화학적으로 비슷해야 한다.
서로 섞일 수 있도록 혼화성이 있어야 한다.
두 액체간 상호작용이 없어야 한다.
Raoult’s Law 를 충족해야 한다.
Raoult’s Law
A성분의 부분 증기압은 순수A의 증기압과 그것의 몰비의 곱과 같다 것
PA,(B) : 혼합용액에서 A,(B)성분의 부분증기압
P0A,(B) : 순수 A,(B)성분의 증기압
NA,(B) : A와 B의 몰비

3. Azeotropes (불변 끓음 혼합물)
Minimum Boiling Point Diagrams
두 액체간 혼화성이 없기 때문에 이상적인 경우 보다 안정하지 못하여 상평형
그림에서 극소점이 나타남
물 bp : 100℃, 에탄올 bp : 78.3℃ -
L1 => 증기 V1 : 에탄올이 더 많이 포함
L2로 응축 => 증기 V2
이러한 싸이클이 계속 반복되어 증기는 column 의 더 높은 곳으로 이동
증기가 V3에 도달 시 column 꼭대기로 부터 azeotrope 증기가 나오게 된다.

참고 자료

Atkins 물리화학 pp219-222
Donald L.Pavia Organic laboratory techniques pp744-759